计算机网络基础知识-2

第2章计算机网络基础知识,计算机中处理、交换和传输的信息都是二进制数据，为区别与电话网中的语音通信，将计算机间的通信称作数据通信。本章主要介绍数据通信的基本概念、数据交换方式、网络拓扑结构、传输媒体以及差错检测方法。,2020/5/3,2,2.2数据编码技术和时钟同步,除模拟数据的模拟信号传输外，其他3种传输都需要某种形式的数据表示或称数据编码。数据编码：将数据用物理量表示的方法。例如：字符A的ASCII编码(是信息编码的一种)为01000001，其数据编码可能为,2020/5/3,3,2.2.1数字数据的模拟信号编码,数字信号变成音频信号的过程称调制(Modulate)，逆过程称解调(Demodulate).调制解调器（MODulator/DEModulator)模拟信号传输的基础是载波，载波的三要素：幅度，频率，相位载波S(t)=Acos(t+)数字数据可以针对载波的不同要素或组合进行调制，三种常用的调制技术：移幅键控ASK(Amplitude-ShiftKeying)移频键控FSK(Frequency-ShiftKeying)移相键控PSK(Phase-ShiftKeying),2020/5/3,4,ASK：用载波的两个不同振幅表示0和1（效率低）FSK：用载波的两个不同频率表示0和1（全双工）PSK：用载波的起始相位的变化表示0和1(多相PSK),0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,ASK,FSK,PSK,2.2.1-数字调制的三种基本方式,2020/5/3,5,多相PSK,2DPSK:相移0表示00；相移90表示01；相移180表示10；相移270表示11相位幅度调制PAM(PulseAmplitudeModulation):PSK与ASK的结合例：12种相位，其中的4种相位每个信号取两种幅度，得到16种离散状态，可表示4位二进制数。正交幅度调制QAM(QuadratureAmplitudeModulation):改进的PAM.,2020/5/3,6,2.2.2数字数据的数字编码,基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。例如：以太网宽带传输：数字信号需调制成频带模拟信号后再传送，接收方需要解调。例如：通过电话模拟信道传输（了解）基带传输时，需要解决数字数据的数字信号表示和收发间的信号同步问题。,2020/5/3,7,2.2.2基本脉冲编码方案,0,1,1,1,1,0,0,0,判决门限,判决门限,单极性不归零码,双极性不归零码,单极性归零码,双极性归零码,t,t,t,t,2020/5/3,8,比较,不归零码（全宽码）相邻码元间无间隔，不易区分识别，需要在收发端之间同步或定时。归零码在信道上占用的频带较宽。单极性码会积累直流分量，损坏连接点。双极性码的直流分量大大减少。,2020/5/3,9,2.2.2-位同步,计算机通信中常采用的同步方法有位同步法和群同步法两种。（位同步，字符同步，帧同步）位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步，也称“同步传输”，分为外同步法和自同步法两种。外同步法：发送端事先发出同步时钟脉冲，接受端按照同步时钟脉冲锁定接受频率。自同步：从数据信号中提取同步信号。典型例子：曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。,2020/5/3,10,2.2.2-数字信号的同步编码,2020/5/3,11,2.2.2-群同步（也称字符同步）,也称“异步传输”，“起止”式传输。群：一般以字符为单位，前面冠以起始位，结束处加上终止位。字符间的间隔时间是任意的，即采用异步定时。但字符间的位用固定时钟频率传输。字符间的异步定时和字符中的位之间的同步定时，是群同步的特征。,2020/5/3,12,2.2.2-群同步,群同步中每个字符由四部分组成：起始位“0”，1位；数据位，58位；奇偶校验位，1位；停止位“1”，12位。相对于同步传输，编码效率和信道利用率低，用于低速场合。,空闲位或前一停止位,11111,0,0,0/1,111,起始位,5-8位数据位,奇偶校验位,下一字符起始位,停止位,2020/5/3,13,2.2.3模拟数据的数字信号编码,PCM的基础采样定理：如果模拟信号的最高频率为F，则以2F或更高的采样频率对其采样，采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。信号数字化需要经过三个步骤：采样：按一定间隔对语音信号进行采样量化：对每个样本舍入到量化级别上编码：对每个舍入后的样本进行编码编码后的信号称为PCM信号(脉码调制,PulseCodeModulation),2020/5/3,14,PCM转换过程举例,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,3,4,3,3,1,4,011,100,011,011,001,100,语音信号,采样,PCM脉冲（取整,有量化误差）,011100011011001100,PCM输出,2020/5/3,15,话音信道带宽2倍话音最大频率)量化级数：256级(用8位二进制码表示)数据率：8000次/s*8bit=64kbit/s每路PCM信号的速率=64,000bps,模拟话音,采样时钟,PCM信号,采样电路,量化和编码,数字化声音,f4kHz,fs=8kHz,2.2.3-举例,2020/5/3,16,2.2.3-数字通信的优点,1）抗干扰性好通过数字信号再生，可以很容易的将信号中的干扰和噪声去掉。2）保密性好B(t)=I(t)+C(t);,2020/5/3,17,2.2.4多路复用技术(Multiplexing),多路复用技术复用：一个信道同时传输多路信号为何要复用？提高线路利用率适用场合：当信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求时复用类型频分多路复用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)时分多路复用TDM(TimeDivisionMultiplexing)波分复用WDM(WaveDivisionMultiplexing)码分复用CDM(CodeDivisionMultiplexing),2020/5/3,18,原理：物理信道的总带宽被划分为若干个频率通道，每路信号占用一个频率通道进行传输。频率通道之间留有防护频带以防相互干扰。适用场合：物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽时。,2.2.4-频分多路复用FDM,2020/5/3,19,原理：把一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流的分配给多个信号使用。,复用后的数据流,时隙号,1,2,3,1,D3,D2,D1,时间片1,2,时间片2,D1,时隙,D2,复用器,2.2.4-时分多路复用TDM,2020/5/3,20,同步时分复用：每路数据总是使用每个时间片的固定时隙。异步时分复用：动态分配时间片。,2020/5/3,21,时分复用数字载波复用标准,T1载波每125us传输一帧，每帧193位。24路通道,加1位帧同步位。T1速率=(193bit)/125us=1.544Mb/sE1载波每125us传输一帧，每帧256位。30路通道，加8位同步位，8位信令位。E1速率=(32x8bit)/125us=2.048Mb/s,2020/5/3,22,2.2.5异步传输和同步传输,异步传输，即群同步传输。同步传输，（在此为帧同步）帧(Frame)包含数据和控制信息（帧头帧尾）的数据块。面向字符的以一个或多个同步字符(SYN)来标识一个帧的开始，以帧尾字符结束。帧头和帧尾都是唯一的字符。面向比特的把帧头和帧尾都使01111110(称为标志）数据块中使用“位插入”。HDLC和SDLC中都使用“位插入”技术。,2020/5/3,23,Appendix1QAM,多级调制方法2多参量多级调制例如：16-QAM(正交振幅调制)使用振幅和相位的16种组合数据速率=4信号速率,2020/5/3,24,码分复用(也称为码分多址CDMA)原理：每个信源均分配有一个惟一的码型序列(称为码片chip)。信源要发送数据时，先将其转换成双极性数据：“1”+1”，“0”“-1”。若数据为“+1”，就直接发送码片；若数据为“-1”，就发送该码片的反码。可以看出，这实际上就是为比特1(0)进行再编码，并使每个信源采用的编码方式各不相同。例如：若一信源分配的码片为11101000，则它发送数据0110时，实际发送的序列为00010111111010001110100000010111实际采用的码片长度为64位或128位,Appendix2CDMA,2020/5/3,25,原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。,F2,F1,F3,光谱,光纤2,光纤3,光纤1,共享光纤,棱柱/衍射光栅,Appendix3波分复用,2020/5/3,26,Appendix4时分复用数字载波复用标准,T-标准(北美、日本)E-标准(欧洲、中国、南美)E1(一次群)标准每125us为一个时间片，每时间片分为32个通道。通道0用于同步，通道16用于信令，其他30个通道用于传输30个PCM话音数据。E1速率=(32x8bit)/125us=2.048Mb/s对E1进一步复用，还可构成E2、E3、E4和E5。E5可承载7680个话路，数据率约为565Mb